Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Москва, Россия
Геофизический центр РАН
Москва, Россия
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Москва, Россия
В работе исследуются параметры геомагнитных пульсаций диапазона 1–4 мГц (Pc5/Pi3) в хвосте магнитосферы при разных уровнях флуктуаций межпланетного магнитного поля и динамического давления солнечного ветра по данным измерений на спутниках Cluster в 2016 г. Особое внимание уделяется условиям «нулевой» возмущенности, когда амплитуды флуктуаций в межпланетной среде значительно меньше их средних значений. Как при возмущенных, так и при спокойных условиях наблюдаются волны различных пространственных масштабов, при этом частота появления крупномасштабных волн возрастает при невозмущенных внешних условиях. Амплитуда крупномасштабных волн, развивающихся в хвосте при низком уровне флуктуаций вне магнитосферы, составляет от долей до единиц нанотесла, а мощность приблизительно равно распределена между продольной и поперечными компонентами. Предположительно, эти волны являются собственными модами магнитосферного хвоста.
магнитосфера, геомагнитные пульсации, магнитосферный хвост
1. Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения. Вып. 2. М.: Мир, 1972. 287 с.
2. Леонович А.С., Мазур В.А. Собственные сверхнизкочастотные магнитозвуковые колебания ближнего плазменного слоя. Космические исследования. 2008. Т. 46, № 4. С. 336-343.
3. Леонович А.С., Мазур В.А., Козлов Д.А. МГД-волны в геомагнитном хвосте: обзор. Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, № 1. С. 4-22. DOI:https://doi.org/10.12737/7168.
4. Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А. МГД-волно-воды в космической плазме. Физика плазмы. 2010. Т. 6, № 7. С. 653-670.
5. Ягова Н.В. Наклон спектра высокоширотных геомагнитных возмущений диапазона 1-5 мГц. Контролирующие параметры вне и внутри магнитосферы. Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55, № 1. С. 35-44. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794015010149.
6. Allan W., Wright A.N. Magnetotail waveguide: Fast and Alfvén waves in the plasma sheet boundary layer and lobe. J. Geophys. Res. 2000. Vol. 105. P. 317-328. DOI:https://doi.org/10.1029/1999JA900425.
7. Angelopoulos V. The THEMIS mission. Space Sci. Rev. 2008. Vol. 141, iss. 1-4. P. 5-34. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-008-9336-1.
8. Ballatore P, Lanzerotti L., Maclennan C.G. Multistation measurements of Pc geomagnetic power amplitudes at high latitudes. J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. P. 294555-294565. DOI:https://doi.org/10.1029/1998JA900035.
9. Cai C.L., Dandouras I., Rème H., et al. Foreshock-like density cavity in the outflow region of magnetotail reconnection. Ann. Geophys. 2009. Vol. 27. P. 3043-3053. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-27-3043-2009.
10. Escoubet C.P., Fehringer M., Goldstein M. The Cluster mission. Ann. Geophys. 2001. Vol. 19. P. 1197-1200. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-19-1197-2001.
11. Francia P., Lanzerotti L.J., Villante U., et al. A statistical analysis of low frequency magnetic 415 pulsations at cusp and cap latitudes in Antarctica. J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. A02205. DOI:https://doi.org/10.1029/2004JA0106802005.
12. Hasegawa H., Fujimoto M., Takagi K., et al. Single-spacecraft detection of rolled-up Kelvin-Helmholtz vortices at the flank magnetopause. J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111, 9203. DOI:https://doi.org/10.1029/2006JA011728.
13. Heacock R.R., Chao J.K. Type Pi magnetic field pulsations at very high latitudes and their relation to plasma convection in the magnetosphere. J. Geophys. Res. 1980. Vol. 85. P. 1203-1213.
14. Kim K.-H., Cattell C.A., Lee D.-H., et al. Cluster observations in the magnetotail during sudden and quasiperiodic solar wind variations. J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109, A04219. DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA010328.
15. Nosikova N.S., Yagova N.V., Baddeley L.J., et al. An investigation into the spectral parameters of ultra-low-frequency (ULF) waves in the polar caps and magnetotail. Ann. Geophys. 2022. Vol. 40. P. 151-165. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-40-151-2022.
16. Patel V.L. Magnetospheric tail as a hydromagnetic waveguide. Phys. Lett. A. 1968. Vol. 26. P. 596-597. DOI: 10.1016/ 0375-9601(68)90141-2.
17. Reddy R.V., Lakhina G.S. Shear flow instabilities in the Earth’s magnetotail. Ann. Geophys. 1996. Vol. 14. P. 786-793. DOI:https://doi.org/10.1007/s00585-996-0786-z.
18. Sarafopoulos D.V., Sarris E.T. Quiet-time Pc5 pulsations in the Earth’s magnetotail: IMP-8, ISEE-1 and ISEE-3 simultaneous observations. Ann. Geophys. 1994. Vol. 12. P. 121-138. DOI:https://doi.org/10.1007/s00585-994-0121-5.
19. Sarafopoulos D.V. Long duration Pc5 compressional pulsations inside the Earth’s magnetotail lobes. Ann. Geophys. 1995. Vol. 13. P. 926-937. DOI:https://doi.org/10.1007/s00585-995-0926-x.
20. Sergeev V.A., Sormakov D.A., Apatenkov S.V., et al. Survey of large-amplitude flapping motions in the midtail current sheet. Ann. Geophys. 2006. Vol. 24. P. 2015-2024. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-24-2015-2006.
21. Siscoe G.L. Resonant compressional waves in the geomagnetic tail. J. Geophys. Res. 1969. Vol. 74. P. 6482-6486. DOI:https://doi.org/10.1029/JA074i026p06482.
22. Tsutomu T., Teruki M. Flapping motions of the tail plasma sheet induced by the interplanetary magnetic field variations. Planet. Space Sci. 1976. Vol. 24. P. 147-159. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(76)90102-1.
23. Walker A.D.M., Ruohoniemi J.M., Baker K.B., et al. Spectral properties of magnetotail oscillations as a source of Pc5 pulsations. Adv. Space Res. 1993. Vol. 13. P. 59-65. DOI:https://doi.org/10.1016/0273-1177(93)90313-Z.
24. Wang G.Q., Zhang T.L., Ge Y.S. Spatial distribution of magnetic fluctuation power with period 40 to 600 s in the magnetosphere observed by THEMIS. J. Geophys. Res. Space Phys. 2015. Vol. 120. P. 9281-9293. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021584.
25. Yagova N.V., Pilipenko V.A., Lanzerotti L.J., et al. Two-dimensional structure of long-period pulsations at polar latitudes in Antarctica. J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. A03222. DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA010166.
26. Yagova N.V., Pilipenko V.A., Baransky L.N., Engebretson M.J. Spatial distribution of spectral parameters of high latitude geomagnetic disturbances in the Pc5/Pi3 frequency range. Ann. Geophys. 2010. Vol. 28. P. 1761-1775.
27. Yagova N., Nosikova N., Baddeley L., et al. Non-triggered auroral substorms and long-period (1-4 mHz) geomagnetic and auroral luminosity pulsations in the polar cap. Ann. Geophys. 2017. Vol. 35. P. 365-376. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-35-365-2017.
28. Zhang T.L., Baumjohann W., Nakamura R., et al. A wavy twisted neutral sheet observed by CLUSTER. Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 29, 1899. DOI:https://doi.org/10.1029/2002GL015544.
29. Zhang S., Tian A., Shi Q., et al. Statistical study of ULF waves in the magnetotail by THEMIS observations. Ann. Geophys. 2018. Vol. 36. P. 1335-1346. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-36-1335-2018.
30. URL: https://cdaweb.gsfc.nasa.gov (дата обращения 20 февраля 2022 г.).
31. URL: https://cdaweb.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/eval2.cgi (дата обращения 20 февраля 2022 г.).
